Наблюдаю я за происходящим сегодня в мире микропроцессорных архитектур, и у меня складывается устойчивое ощущение, что будущее в мире компьютеров за ARM-процессорами. Говорю это с некоторым сожалением, поскольку архитектура эта не российская.
Компания Qualcomm уже с 2016 года производит чипы на базе технологий ARM не только для смартфонов, но уже и для ноутбуков. В том же 2016 году Microsoft обратилась к Qualcomm с просьбой возглавить усилия по переводу операционной системы Windows на базовую процессорную архитектуру Arm, ранее хорошо зарекомендовавшую себя на смартфонах с их небольшими аккумуляторами.
Microsoft предоставила Qualcomm эксклюзивное соглашение на разработку чипов, совместимых с Windows, до 2024 года и призвала другие компании выйти на этот рынок после истечения срока действия вышеупомянутого эксклюзивного соглашения. Таким образом, софтверный гигант, понимая бесперспективность процессоров на архитектуре x86, пытается сохранить свою конкурентоспособность против экосистемы Apple.
Вместе с тем, компания Apple после всех своих прыжков по процессорным архитектурам (PowerPC, x86) к сегодняшнему моменту уже полностью перешла на архитектуру ARM во всех своих продуктах, и на деле продемонстрировала правильность своего решения, выпустив поистине революционные чипы М1, М2 и М3.
В октябре 2023 года стало известно, что компани Nvidia, прислушавшись к призыву Microsoft, приступила к разработке центральных процессоров на базе ARM, которые будут работать под управлением Microsoft Windows. Как я уже вскользь упоминал выше, новое направление Nvidia поощряется Microsoft в рамках оказания помощи производителям чипов в создании процессоров на базе Arm для ПК с Windows.
Планы Microsoft действительно нацелены на конкуренцию с Apple, которая почти удвоила свою долю рынка за три года, прошедшие с момента выпуска собственных чипов на базе Arm для своих компьютеров Mac. NVidia рассчитывают начать продажи своих ARM-чипов уже в 2025 году.
Более того, даже AMD, которая до этого разрабатывала свои чипы на базе архитектуры x86, также планирует производить чипы для ПК на архитектуре Arm. Как и NVidia, она рассчитывает выйти с ними на рынок в 2025 году.
Усилия Nvidia, AMD и Qualcomm, поощряемые Microsoft, очевидно, в ближайшие годы серьёзно встряхнут индустрию ПК, в которой долгое время доминировала Intel, но которая уже сейчас испытывает растущее давление со стороны Apple.
Пользовательские чипы Apple увеличили время автономной работы компьютеров Mac и увеличили производительность по сравнению с чипами Intel, потребляющими больше энергии.
Руководители Microsoft отмечают, что чипы Apple на базе Arm весьма эффективны, в том числе и для обработки данных с помощью искусственного интеллекта, и ожидают аналогичной производительности в ARM-чипах Nvidia, AMD и Qualcomm. И Билл Гейтс наверняка знает, что делает.
Эксперты считают, что доля процессоров с Arm-архитектурой в сегменте ПК к 2027 году вырастет с нынешних 14 до 25%. Я бы не сказал, что этот рост прям взрывоподобный, но мощная тенденция налицо.
А что в этих условиях делает Intel? Переходить на архитектуру ARM для них — это обнулить себя перед уже имеющимися конкурентами и начать всё сначала. К тому же, это означает потерять собственную архитектуру и покупать её со стороны. На это они, естественно, не готовы. Но рынок ARM обещает мощно расти. Как же быть в такой ситуации и не упустить потенциальной прибыли?
Напомню, что Intel обладает собственными фабриками по производству чипов. И он, конечно, использовал это. Чтобы не упустить бабло, он просто предоставил свои фабрики для контрактного производства чипов с ARM-архитектурой! Не имея возможности в будущем полноценно конкурировать на базе собственной архитектуры, он пробует максимально отожрать сферу промышленного производства ARM-процессоров у TSMC.
Кроме всего прочего, в начале этого года Intel объявила о партнёрстве с ARM в сфере создания новых микропроцессоров с низким энергопотреблением. Сначала компании планируют производить на заказ различные чипы для мобильных устройств, а в дальнейшем намерены расширить модельный ряд в несколько раз.
Новые чипы будут создаваться, в том числе, по техпроцессу Intel 18A (1,8 нм). Сообщалось, что для начала компании будут принимать заказы на производство мобильных процессоров, а затем начнут делать чипы для IoT-устройств, центров обработки данных, автомобилей, аэрокосмического и правительственного оборудования. Для этого соответствующие заводы появятся в США и ЕС. Однако к концу этого года эти планы, очевидно, расширились и до микропроцессоров от конкурентов для ПК.
Вообще, Intel рассчитывает стать вторым по величине производителем полупроводников после TSMC — сейчас это место занимает Samsung. Таким образом, они понимают замаячившую на горизонте тупиковость своей архитектуры с одновременной невозможностью безболезненного перехода на ARM, и поэтому стелят соломку в виде частичного переформатирования себя в контрактного производителя чипов для собственных конкурентов.
Вместе с тем, я не исключаю, что Intel до 2030 года может выкатить совершенно новую архитектуру, поскольку в его недрах ведутся многочисленные параллельные разработки.
А что в России?
Исходя из того, что задёргались все, даже гиганты, разрабатывающие процессоры на архитектуре x86, дело действительно грядёт серьёзное. На этом фоне даже RISC-V выглядит, надо признать, как-то вяленько.
Кстати, если принять мою философию о том, что свободное ПО развивается сильно медленнее проприетарного и в большинстве случаев проигрывает ему в качестве (я это говорю с сожалением), и перенести её на железо, то это весьма печально для будущего RISC-V, тоже открытой и свободной архитектуры.
Не буду сейчас дразнить фанатов открытого и свободного ПО, и снова пускаться в обоснования своих взглядов. Замечу лишь, что я не только констатирую это положение дел, как факт, но и прекрасно понимаю причины этого. Если вкратце, то у любого продукта всегда должен быть хозяин, вымучивший своё детище и напрямую материально заинтересованный в его продажах.
Итак, у нас в России развиваются три процессора на разных процессорных архитектурах. Это Эльбрус на VLIW-подобной проприетарной архитектуре E2K, Байкал на RISC-подобной проприетарной архитектуре ARM и планирующийся процессор от Yadro на RISC-подобной открытой и свободной архитектуре RISC-V.
Понятно, что в настоящее время ни один из этих процессоров не может производится на территории России, потому что у нас нет для этого фабрик с оборудованием соответствующего уровня. Также затруднено производство этих процессоров за рубежом по причине недобросовестной конкуренции США, запрещающий это иностранным производителям (в частности, TSMC) под предлогом наличия в их оборудовании и технологиях патентов США.
Что касается организации своих фабрик на территории России, то США запрещало прямые закупки литографического оборудования Россией всегда, а не только после 2014 года. Так что нам надо было изначально создавать своё оборудование, что не делалось, потому что, с одной стороны, надеялись на перманентную доступность иностранных фабрик, а с другой стороны, для принятия стратегических решений слушали отраслевых «специалистов», не видящих дальше своего носа и шире своей области компетенций, вместо того, чтобы слушать стратегов. Вот и результат.
Тем не менее, всё это не означает, что разработки процессоров на всех вышеперечисленных архитектурах нужно остановить. Напротив, разработчиков надо поддержать и простимулировать для того, чтобы во время вынужденного перерыва в производстве и не получив прибыли от продаж они смогли сделать два шага вместо одного. И поддержать надо именно что всех, чтобы к моменту появления возможности производства у них было наготове то, что производить.
По поводу перспектив этих трёх архитектур в России я скажу следующее. Самой независимой из этих архитектур является E2K процессора Эльбрус. Но по ряду причин, основной из которых является, на мой взгляд (может, я ошибаюсь), странности управления компанией МЦСТ, выражающиеся, в частности, в отсутствии видимой пассионарности (она ведёт себя, просто как отдел института точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН.), я вижу будущее этого процессора только в очень нишевом сегменте применений, хотя сам факт наличия независимой и собственноручно рождённой архитектуры уже должен давать компании энергию для выхода в любые применения. Но где-то там явный затык. Возможно, это слишком плотная завязка с Министерством обороны.
Наиболее перспективным в краткосрочной перспективе для России я вижу процессор на архитектуре RISC-V. Однако из-за рамок, накладываемых на развитие архитектуры консорциумом RISC-V International и, как следствие, ощущения вторичности у разработчиков, в долгосрочной перспективе эта архитектура не покажет чудеса эффективности ни в России ни в мире.
По поводу процессора Байкал на архитектуре ARM, он мог бы стать мейнстримом в российских ПК и серверах, поскольку сама архитектура позволяет делать на этих покупных ядрах весьма производительные процессоры. Однако продажа лицензий на следующие ядра от ARM находится под вопросом из-за давления США.
Резюмируя, я пока не в восторге ни от одного из разрабатываемых в России процессоров. Процессор на RISC-V мы ещё даже не видели, новейшие ядра ARM для Байкала под вопросом и само наличие покупных иностранных ядер является слабым местом этого процессора, а процессор Эльбрус видится мне половинкой процессора для нишевых задач, хотя при желании он мог бы иметь перспективы, например, при доработке его второй половинкой, занимающейся эффективным аппаратным распараллеливанием.
Если немного пованговать, то я думаю, что основным российским процессором всё же станет Байкал, поскольку вопрос с ARM-ядрами в перспективе наверняка будет как-то решён. Ну, мне так кажется. Я же вангую. А как решён? Это уже второй вопрос, и тут возможны варианты, например, обрушение влияния США и Британии. Может, это даже скупка после этого события контрольного пакета акций ARM. Да мало ли что ещё может произойти.
Просто общий вектор мирового движения указывает в сторону ARM, а учитывая протекающие сегодня в мире антиглобалистские процессы, его запросто могут порвать и растащить по странам. Так что не исключён и цап-царап в каком-то его виде. Форк. Да мало ли ещё что.
Безусловно, у нас расцветёт и RISC-V. Но он будет всегда отставать по эффективности от ARM. Поэтому я не исключаю, что та же компания Yadro может начать разрабатывать, оттолкнувшись от опыта разработки RISC-V, свой проприетарный вариант RISС-процессора, который был бы прямым российским конкурентом ARM.
У такого решения могли бы быть весьма сильные и далеко идущие перспективы. Теоретически, можно было бы даже построить этот процессор так, чтобы он, впрямую не нарушая лицензии ARM, мог бы запускать программы для ARM путём минимальной их трансляции на лету каким-нибудь отдельным чипом или ядром.
Также я думаю, что Эльбрус тоже продолжит развиваться, причём, скорее всего, в направлении добавления в него ядер других архитектур. Например, никто не запрещает начать раскрутку ядер на SPARC-архитектуре, уже используемой МЦСТ в своей параллельной линейке процессоров МЦСТ-R, и добавить их туда. То же самое можно сделать с ядрами RISC-V. А вот дополнять его аппаратным распараллеливанием они скорее всего не рискнут по причине продолжающейся ограниченности в средствах и специалистах.
Заключение
Сегодня я изложил некоторые свои вольные измышления на тему архитектур ядер процессоров и перспективы их развития в России. В комментариях хотелось бы услышать ваги предположения на эту тему.
Ставьте нравлики, подписывайтесь на канал и оставляйте свои мысли в комментариях. Удачи! :-)
